LNG接收站浸沒燃燒式氣化器運行優(yōu)化

王新

（深圳市華燃建設(shè)工程有限公司 518000）

0 引言

近年來，液化天然氣（LNG）發(fā)展迅猛，國內(nèi)建成投產(chǎn)LNG接收站數(shù)量不斷增加。根據(jù)調(diào)查可知，國內(nèi)LNG接收站多采用開架式（ORV）、中間介質(zhì)式（IFV）、浸沒燃燒式（SCV）氣化器。SCV以水為傳熱介質(zhì)，燃氣與水直接接觸，初始成本低、傳熱效率高，但后期運行成本也相對較高，多用于緊急情況或是調(diào)峰時，本文主要圍繞其運行與優(yōu)化問題展開具體分析。

1 LNG接收站氣化器概述

LNG接收站是一項系統(tǒng)工程，具體工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

根據(jù)圖1可知，氣化器是LNG接收站運行的重要設(shè)備之一，國內(nèi)常見的有開架式（ORV）、中間介質(zhì)式（IFV）、浸沒燃燒式（SCV）幾種，實踐中需根據(jù)實際情況合理選用。本文以浸沒燃燒式氣化器為研究對象，并對其與另外兩種氣化器的比較情況作了簡單歸納，具體如表1所示。

總的來說，SCV的主要優(yōu)勢在于初期投資小、占地面積適中、啟動速度快，缺點也較為明顯，即運行成本高，因此多用于調(diào)峰和緊急情況。

2 浸沒燃燒式氣化器運行特點與影響因素

2.1 浸沒燃燒式氣化器運行特點

如圖2所示即為浸沒燃燒式氣化器（SCV）典型結(jié)構(gòu)，主要組成部分包括水浴、燃燒器、鼓風(fēng)機、煙氣噴射管、圍堰、換熱管束、煙囪。一旦開始運行，燃燒器內(nèi)燃氣燃燒，高溫?zé)煔饨?jīng)由下排氣管排入水浴池，水浴高度湍動，此時換熱管內(nèi)LNG與水實現(xiàn)充分換熱，達到加熱、氣化的效果。

根據(jù)運行過程分析可得，SCV熱效率高，可實現(xiàn)LNG的快速氣化；運行成本高，需消耗生產(chǎn)天然氣1.5%作為燃料氣；環(huán)保性好，可控制燃燒量使水浴溫度恒定，排放物對環(huán)境影響相對較小。

表1 三種氣化器比較情況

圖2 浸沒燃燒式氣化器結(jié)構(gòu)

2.2 浸沒燃燒式氣化器運行影響因素

根據(jù)浸沒燃燒式氣化器運行原理與相關(guān)實踐經(jīng)驗總結(jié)分析可得，其運行影響因素眾多，現(xiàn)主要歸納了以下幾點：

（1）風(fēng)機風(fēng)量與燃料氣配比，直接影響燃燒器燃燒效率。

（2）合理控制燃料氣壓力，不宜波動過大，否則將出現(xiàn)運行不穩(wěn)的情況。

（3）合理控制水浴液位、溫度，不宜過高、過低，均會影響運行安全性，一旦達到聯(lián)鎖點將引起跳車。

（4）合理控制NOx生成速率，切忌生成過快，否則將影響會導(dǎo)致水浴酸度增加，甚至是出現(xiàn)腐蝕設(shè)備的問題。

上述情況只是對浸沒燃燒式氣化器運行中的一些影響因素的簡單列舉，具體還是要根據(jù)實際運行情況做好測試分析與優(yōu)化工作，切實保證設(shè)備正常、安全運行。

3 氣化器運行優(yōu)化

本文主要以某LNG接收站浸沒燃燒式氣化器運行情況分析與優(yōu)化措施為例展開分析，為滿足冬季氣化外輸需求，該LNG接收站設(shè)8臺浸沒燃燒式氣化器（1臺備用）。SCV實際運行中，燃料用氣量十分大，運行成本高，節(jié)能降耗、安全可靠是運行優(yōu)化的一個主要目標(biāo)。

3.1 LNG接收站工藝流程

該LNG接收站冬季采用再冷凝工藝，接卸來船內(nèi)LNG進入儲罐，經(jīng)由低壓泵、再冷凝器、高壓泵等加壓至9.3MPa，輸至SCV、ORV氣化，氣化后經(jīng)計量后外輸。本項目使用的是日本住友公司成套SCV，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，其設(shè)計溫度、壓力分別為-170℃～65℃、13.9MPa，采用仿串級控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)水浴溫度。

圖3 SCV結(jié)構(gòu)

3.2 SCV運行風(fēng)險優(yōu)化

根據(jù)本項目SCV實際運行情況分析可知，其主要風(fēng)險來源于以下三個部分：

3.2.1 助燃空氣供應(yīng)系統(tǒng)

SCV助燃空氣供應(yīng)系統(tǒng)運行可靠性主要影響因素為鼓風(fēng)機、鼓風(fēng)機入口閥（PCV）、鼓風(fēng)機出口流量分配閥（FCV）聯(lián)動中出口壓力與流量的不穩(wěn)定，主要后果包括：火焰熄滅、跳車。

原因分析：FCV是管道分流口處一個具有空氣擾流作用的鋼板，基于強大氣流下，F(xiàn)CV動作波動幅度大，極易出現(xiàn)閥變形、脆性裂紋等問題，導(dǎo)致助燃空氣流量分配控制穩(wěn)定性受影。

優(yōu)化措施：增加4臺SCV設(shè)備，統(tǒng)一進行FCV改造，在鐵板平面結(jié)構(gòu)焊接固定擾流板，增強穩(wěn)定性。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)FCV穩(wěn)定性有效改善，流量分配控制更加穩(wěn)定。

3.2.2 燃料氣供應(yīng)系統(tǒng)

SCV燃料氣供應(yīng)系統(tǒng)主要影響因素包括：①各氣動閥動作異常；②燃料氣壓力波動。主要后果包括：火焰熄滅、跳車。

原因分析：水浴溫度與設(shè)定值相差過大，燃料氣調(diào)節(jié)PID參數(shù)對此不適應(yīng)，水浴溫度出現(xiàn)周期性、階躍性震蕩。

優(yōu)化措施：①重新調(diào)節(jié)PID參數(shù)；②以煙氣檢測所得的各項廢氣含量為依據(jù)，設(shè)定FCV開度，獲得更加合適的空燃比。

3.2.3 水浴加熱系統(tǒng)

SCV水浴加熱系統(tǒng)主要影響因素包括：①冷卻水循環(huán)不良；②水浴池墻壁、受熱介質(zhì)盤管存在污垢、損壞情況。主要后果包括：①水浴溫度不均；②水浴泄漏；③跳車。

原因分析：①冬季寒冷，冷卻循環(huán)水泵出口管道極易出現(xiàn)凍結(jié)情況，導(dǎo)致循環(huán)不良，對此必須落實保溫工作，設(shè)置電伴熱系統(tǒng)；②水浴室二氧化碳酸性環(huán)境，導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備腐蝕、損壞問題的出現(xiàn)。

優(yōu)化措施：定期維護墻壁、盤管；及時查找泄漏風(fēng)險點，加固、噴涂防腐層；使用中性無鹽水浴，降低腐蝕風(fēng)險。

3.3 SCV運行穩(wěn)定性優(yōu)化

本項目SCV運行后發(fā)現(xiàn)實際燃料氣消耗量十分大，且與設(shè)計參數(shù)存在較大差距，運行經(jīng)濟性、穩(wěn)定性均較差。據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)，此問題的產(chǎn)生原因主要是空燃比分配不合理，以致于燃料氣無法充分燃燒，消耗量隨之增加。為此本項目進行了SCV運行模擬分析，以尋求最佳運行優(yōu)化方案。

3.3.1 運行模擬

本項目對各種LNG負荷下SCV運行狀態(tài)進行模擬，主要操作如下：

（1）切換SCV運行模式至手動就地模式。

（2）中控室調(diào)節(jié)LNG進料閥，向SCV輸入不同LNG負荷。

（3）調(diào)整燃料氣流量、助燃空氣分配，直到水浴溫度為15℃。

（4）測試排氣煙道內(nèi)H2S、CO、CO2含量，微調(diào)助燃空氣分配閥開度，直到H2S、CO含量最低。

（5）記錄LNG負荷、燃料氣流量、閥門開度，輸入PLC系統(tǒng)，鎖定各檔位下閥門開度比例。

3.3.2 結(jié)果分析

基于手動控制模式下，通過運行模擬獲得水浴溫度高值與廢氣甲烷含量低值最佳結(jié)合點，經(jīng)檢測可得，8臺SCV處理能力從167t/h提升至185t/h，同時燃料氣的消耗量減少20%，F(xiàn)CV振動幅度變小，整個系統(tǒng)運行經(jīng)濟性、穩(wěn)定性均顯著改善。

4 結(jié)語

綜上所述，LNG接收站是天然氣外輸?shù)脑搭^，其供氣可靠性具有關(guān)鍵性意義，由此對氣化器的運行提出了更高的要求。本文圍繞SCV的應(yīng)用與運行優(yōu)化展開了具體論述，其作為一種熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、運行成本高的設(shè)備，主要作為輔助設(shè)備使用，滿足冬季高峰期供氣需要或是一些緊急情況，由此在實際運行中需充分考慮冬季特殊性以及運行主要風(fēng)險，做好相應(yīng)的優(yōu)化工作，切實提高SCV運行穩(wěn)定性與經(jīng)濟性，獲得更佳的運行效益。